随机波浪作用下的船舶倾覆

本文运用Ｔｈｏｍｐｓｏｎ等提出的“安全池破损”理论研究不规则波浪作用下的船舶倾覆问题。安全池表征在外载荷的作用下,船舶经历足够长时间后不发生倾覆的初始条件范围。随着外载荷强度的变化,安全池的特征,包括安全池的面积和形状,将逐渐变化。     

船舶横摇的安全池研究

运用安全池理论计算船舶稳性，安全池在一定条件下将发生破损，此时船舶极易倾覆。以Melnikov方法导出安全池破损的条件，以某型船舶为例，计算了该船舶安全池破损的阈值，对五个海况进行了安全性校核，并与现行规范采用的极限载荷法进行了比较，通过数值仿真绘制了各参数条件下的安全池。     

水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的运动及其倾覆概率计算

针对当前在水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下,破损舰船运动及其倾覆概率的计算结果误差较大的问题,对其进行研究。分析爆炸冲击波传播速度对战斗状态舰船的影响,推导出战斗状态下舰船横摇幅度加剧程度,得到水下爆炸载荷的倾侧力矩,并研究稳定航行中舰船的航速与绝对风速之间的关系,通过理论力学建立破损舰船的横摇运动方程,得出随机风浪对航行中舰船的扰动力矩,基于现有的倾覆准则,计算出水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的倾覆概率。通过实验,对该方法与传统方法的计算结果误差值进行对比。与传统计算方法相比,该方法所得到的结果误差明显减小。     

水下爆炸及随机外力下破损舰船的倾覆概率分析

探讨了水下爆炸载荷和随机风浪联合作用下破损舰船的运动及其倾覆概率的计算.将爆炸载荷作用及平均风扰动力矩处理为定常横倾力矩,建立了爆炸载荷和随机风浪中舰船运动的非线性微分方程.结合扩维技巧,将横摇方程转化为五维Ito随机微分方程,应用Gauss-Legendre路径积分法给出随机扰动为白噪声时横摇角度的概率密度函数随时间的演变,按照现有的倾覆准则给出预报一定装药量下舰船倾覆概率的表达式.通过算例,计算了破损舰船不同装药量下不同时刻的倾覆概率,分析不同装药量对倾覆概率的影响.研究表明,此方法简便可行,并能在数量上预报破损舰船在水下爆炸及随机风浪下的倾覆概率,为进一步研究舰船倾覆及稳性横准提供有益的参考.     

计入脉动风速非线性项的随机稳定性分析

将脉动风速及其非线性项引入到桥梁的自激力公式中，运用随机微积公理论与矩方程理论，得到双方向运动的桥梁断面的一阶矩与二阶矩的微分方程组。通过微分方程的数值方法，得到扭转驱动的桥梁断面随机振动的时程曲线，从而得到随机失稳的临界风速。研究表明，脉动风速非线性项使得扭转驱动的桥梁趋于稳定。     

脉动风的数值模拟

工程中为方便研究风对工程结构的作用,通常将其处理成2部分,即一定时间内不随时间变化的平均风和随时间随机变化的脉动风。文中主要研究其脉动风部分,介绍了风的一些基本特征,以及脉动风国内外几种常用的模拟方法,阐述其数值模拟理论,根据所选用的线性滤波法,结合京包铁路分离式立交桥桥址处气象资料,用 MATLAB软件编程模拟脉动风,并得到风速时程曲线,将模拟出的功率谱与目标谱对比其拟合度,结果表明,模拟谱与目标谱吻合度较高,模拟的结果较为可靠。     

半潜式钻井服务支持平台随机风载荷特性研究

风载荷是海洋平台设计载荷之一,直接关系到平台稳性,确定平台在不同工况下的风荷载对于平台安全设计具有重要的工程意义.该文基于Fluent软件结合自编UDF程序,考虑Davenport、NPD以及API三种典型风谱的影响,利用简谐波叠加法将风谱由频域转换为时域内的随机脉动风速,引入雷诺平均法求解NS方程结合分离涡(DES)湍流模型对半潜式钻井服务支持平台在自存海况下的风力和风倾力矩开展了数值研究,并将数值模拟得到的最大风力及风倾力矩与ABS、DNV以及CCS的计算结果进行了对比验证.计算结果表明:平台受到的风力和风倾力矩与风谱自身特性、平台倾斜角及风向角等因素密不可分;同一工况下采用Davenport与NPD风谱计算时平台受到的平均风力(矩)较为接近;NPD风谱作用时平台受到的随机最大风力(矩)最大;采用API与NPD风谱计算时,各工况下最小风力(矩)随风向角的变化趋势、计算结果均基本一致.     

三维随机粗糙海面的Monte-Carlo仿真

通过随机粗糙海面的P-M谱密度函数,建立基于Monte-Carlo方法的三维随机粗糙海面模拟模型,并得到随机粗糙海面的均方根高度和相关长度的解析解。利用数值模拟方法产生随机粗糙表面的高度起伏,数值模拟了不同参数下的三维随机粗糙海面。理论分析和仿真结果表明,海面高度起伏随风速增大而增加,与实际情况一致。     

破损舰艇拖航稳度分析

破损舰艇拖航稳度是拖航安全性研究的重要方面.拖力作用、破损进水和波浪作用对破损舰艇的稳性产生较大影响.通过给出舰艇在波浪扰动情况下,舱组进水的被拖带破损舰艇稳度的计算方法,分析了各种航向航速对于稳度的影响,提出了提高破损舰艇拖航稳性措施,对于保障破损舰艇拖航安全具有一定的理论价值和实践意义.     

随机质点瞬时流谱圆频率及初相位角分布规律

通过对实时量测的173组、154 271个瞬时流速信号进行分析,以随机理论分析为基础,运用运动流体力学、随机信号分析理论等来研究随机质点瞬时流谱的概率模型,对流体质点瞬时流谱中两个关键因素圆频率及初相位角的概率分布规律进行深入研究和探讨,证明了圆频率服从均匀分布,初相位角服从(0,2π)的均匀分布。此研究对后续随机质点概率模型的重构及随机加速度谱及脉动压力谱的推导打下坚实的理论基础。     

随机横浪中船舶倾覆过程模拟与安全域计算

研讨了随机海浪中船舶非线性随机横摇运动倾覆过程和安全域问题.考虑非线性阻尼、非线性复原力矩和随机波浪,建立了随机横浪中船舶运动的随机非线性微分方程.考虑两参数海浪谱和不同的有义波高,计算随机波浪力矩,采用简谐加速度数值计算方法求解随机微分方程,进行了随机倾覆过程的数值模拟.考虑船舶运动的瞬时状态,发展了胞映射方法计算随机非线性横摇运动安全域的方法,并编制了计算机程序.模拟了一条渔船不同有义波高作用下横摇倾覆过程,考虑不同的初始条件及随机波浪参数,在初始值平面上采用胞映射法构造了渔船航行的安全域.波高较小时,安全域是一个连续的区域;随着有义波高增大,安全域面积减小并且不再连续,倾覆域和安全域相互包围.计算结果表明,船舶运动的瞬时状态对安全域具有重要影响,而且随机海浪中安全域具有随机特性.     

随机波浪联合折射绕射数学模型

基于波浪能量谱理论,导出了考虑底摩擦的复杂地形能量谱的联合折射绕射数学模型,在能量谱为单一频率组成波时,模型则简化为规则波的联合折射绕射方程.实际计算结果表明:本文提出的随机波浪联合折射绕射数学模型是合理的,在浅水区应该考虑底摩擦作用.     

航海安全水池三维造波机造波特性与实际波浪模拟应用

对船研所风、浪、流水池造波机的皮特性结合具体工程试验提供一些基本测试参数和使用范围，以波谱形式给出二维不规则波模拟结果，便于今后使用时进行参考。     

威海船厂港域波高数值计算*

应用能量平衡方程研究近岸随机波的传播变形是一种简单而实用的方法,其在海洋学以及海岸动力学中得到了广泛的应用。采用考虑绕射作用的能量平衡方程作为计算随机波浪传播变形的控制方程,以此建立的数学模型考虑了波浪的浅化、折射、绕射、反射和破碎。利用该模型对威海船厂港内随机波传播变形进行数值模拟,通过数值计算值与试验值的比较,发现在相同的考虑因素下两者是相当吻合的,说明模型在计算近岸随机波的传播变形时是实用而可靠的。     

单向不规则波群的实验室模拟和分析

文章基于改进的波包谱经验公式,建议了单向不规则波群的数值模拟方法,模拟实例表明,只要给定波要素及描述波浪群性的高度特征参数和长度特征参数,即可通过此波包谱方便地模拟出同时满足给定高度和长度两方面群性特征要求的不规则波群.在此基础上,给出了在水槽指定位置处产生不规则波群的造波板控制信号计算方法,在实验室成功地模拟了同时满...     

深水平台上层模块海上吊装多浮体响应分析

海上吊装操作是平台海上安装作业中的重要一步,深海吊装操作面临着恶劣海况的考验。对于海上吊装操作过程中的多浮体相互干扰运动,采用了时域数值纽马克方法求解,选定JONSWAP风浪谱进行随机海况模拟。重点研究了不同浪向组合对多浮体运动响应的影响,提出安全作业浪向。在安全海况下进行了不同风速影响的研究,提出安全作业的风速范围。在安全作业海况下进行了吊装操作模拟,证实吊装操作能平稳进行,对海上吊装操作安全顺利进行具有重要意义。     

南汇东滩促淤工程南区设计波浪要素研究

针对南汇东滩促淤工程所处的位置,选用基于波能平衡方程和波作用守恒方程的近岸风浪谱模型建立波浪传播计算数值模型,对非线性效应影响条件下的波浪要素进行计算研究。研究结果表明,波浪在远距离的传播过程中,受到沿程的风的影响,组成波之间能量交换转移和耗散等非线性效应的影响不可忽略,在南汇东滩海域采用近岸风浪谱数值模型对波浪的传播变形计算较为合适。     

Joint earthquake and wave action on the monopile wind turbine foundation: An experimental study

Offshore wind turbines in regions of active seismicity are under a potential threat caused by the joint earthquake and ocean wave action. Taking NREL-5MW monopile wind turbine as the prototype, this study is devoted to probe the joint action of strong earthquakes and moderate sea conditions. A series of shake table model tests of scale 30:1 have been carried out by the contemporary world unique facility (Earthquake, Wave and Current Joint Simulation System) to investigate the structural response in dry flume, low and high calm water levels, with and without regular or random waves. Particular interest has been in the nacelle acceleration subjected to strong ground motions as well as to random waves. The experimental results of nacelle peak accelerations and corresponding dynamic amplification factors show that the joint earthquake and wave action is important for the proper evaluation of structural response. Ignoring the effect of wave action in seismic analysis will lead to underestimation of structural response, especially when the monopile foundation is dynamically sensitive. The coupling of earthquake and wave actions is sourced not only from the relative velocity of vibration but also from the initial condition induced by waves. It has been also derived that the peak acceleration excited by a moderate sea condition is comparable to that by a moderate earthquake.     

用Melnikov方法研究船舶在随机横浪中的倾覆

本文应用Melnikov函数和相空间转移率研究船舶在随机波浪中的强非线性横摇运动及其倾覆问题,分析了波浪特征频率、特征波高、船舶非线性恢复力臂以及阻尼特性对相空间转移率的影响.以长30.7m、宽6.9m的渔船为例,采用ISSC波浪谱,在时域内计算了Melnikov函数,得到了相空间转移率与Melnikov函数之间的关系以及有义波高对相空间转移率的影响.研究表明:随有义波高增大,相空间转移率不断增大,船舶航行的安全域迅速减小.从而揭示了相空间转移率与船舶倾覆内在的密切联系,为船舶的设计和稳性衡准提供了有价值的参考.